Lý thuyết bồi dưỡng học sinh giỏi phần điện học môn vật lý lớp 9 | Vật lý, Lớp 9 - Ôn Luyện

Để mắc một bóng đèn vào nguồn điện có hiệu điện thế lớn hơn giá trị ghi trên đèn, ta có thể dùng một trong hai sơ đồ saụ Biết cả hai trường hợp đèn đều sáng bình thường.. Một dây đồng ti[r]

BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 9 PHẦN ĐIỆN HỌC

- Nếu r rất nhỏ( r=0) hoặc mạch hở I=0 thì UAB=E

- Nếu R rất nhỏ(R=0) thì I=E R sẽ có giá trị rất lớn, ta nói nguồn điện bị đoản mạch

b/ Định luật Ôm cho đoạn mạch có các điện trở mắc nối tiếp

Trong đó: l là chiều dài dây dẫn, đơn vị m

S là tiết diện dây dẫn, đơn vị m2

 là điện trở suất, đơn vị  m

R là điện trở, đơn vị là 

+ Nếu hai dây dẫn cùng tiết diện , cùng một vật liệu ( chất liệu) thì:

2

1 2

1

l

l R

1

S

S R

c/ Công thức tính điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ: Rt=R0( 1+ t)

Trong đó: R0 là điện trở của vật dẫn ở 00C

Rt là điện trở của vật dẫn ở nhiệt độ t

 là hệ số nở nhiệt của điện trở đơn vịK-1

b Công thức: A=Pt= UIt

Trong đó: U là HĐT tính bằng đơn vị V

I là cường độ dòng điện tính bằng đơn vị A

P là công suất của dòng điện tính bằng đơn vị W

T là thời gian tính bằng đơn vị s

A là công của dòng điện tính bằng đơn vị J.Ngoài ra người ta còn dùng đơn vị

Nếu Utt<Uđm ( hoặc Itt<Iđm): Thiết bị hoạt động yếu, đèn sáng mờ

Nếu Utt=Uđm ( hoặc Itt=Iđm): Thiết bị hoạt độngbình thường, đèn sáng bình thường

Nếu Utt>Uđm ( hoặc Itt>Iđm): Thiết bị hoạt động mạnh, đèn sáng quá sáng

- Nếu tính theo đơn vị J: Q=I2Rt

-Nếu tính theo đơn vị cal: Q= 0,24I2Rt

B Bài tập:

1.Tính điện trở tương đương của đoạn mạch như hình vẽ( H.1) Biết các điện trở bằngnhau và bằng r

Giải A CĐiện trở của đoạn mạch:

Vì Rtđ nhỏ hơn điện trở thành phần nên các điện trở R mắc theo kiểu song song

Gọi R1 là điện trở của nhánh mắc song song R

H.1

Vì R1>R nên nhánh R1 gồm R nối tiếp R2

R1= R + R2 => R2= 2,5Vậy mạch điện được mắc như sau ( hình 2)

4. Có một số điện trở R= 5, phải dùng ít nhất bao nhiêu điện trở để mắc thành mạch điện

có điện trở tương đương bằng 8

5. Một dây dẫn có điện trở R= 144 Phải cắt ra bao nhiêu đoạn bằng nhau để khi mắccác đoạn đó song song với nhau ta được điện trở tương đương của chúng là 4

Giải:

Điện trở của một đoạn: R=144n

Khi n điện trở này được mắc song song với nhau thì ta có: Rtđ = 2

Vây phải cắt dây ra làm 6 đoạn

6. Giữa hai điểm A,B của mạch điên có HĐT luôn không đổi và bằng 12V, người ta mắchai điện trở R1 và R2 Nếu chúng được mắc nối tiếp nhau thì cường độ dòng điện chạy trongmạch chính là 0,12Ạ Nếu chúng được mắc song song với nhau thì cường độ dòng điện chạytrong mạch chính là0,5Ạ Tính điện trở R1 và R2

2

1

R R

R R

 = 24  R1.R2 = 24(R1+R2) R1.R2 = 2400 (2)

Từ (1) và (2) ta suy ra: R1= 60; R2= 40 Hoặc R1= 40; R2= 60

7. Có hai điện trở R1 và R2 mắc và nguồn điện có HĐT 6V.Nếu mắc nối tiếp thì cường độdòng điện qua chúng là 0,24Ạ Nếu mắc song song thì cường độ dòng điện qua mạch chính

1

R R

R R

 = 6  R1.R2=6( R1+R2)  R1.R2= 150 (2)

Từ (1) và (2) ta được: R1=15 ; R2= 10 Hoặc R1=10 ; R2= 15

8. Có hai dây dẫn, 1 dây làm bằng đồng còn dây kia làm bằng nhôm Dây đồng có tiết diện0,5 lần dây nhôm và có chiều dài gấp 0,75 lần chiều dài dây nhôm Tính điện trở của dâynhôm, biết dây đồng có điện trở 10

n d d

S l

S l

.

.





(3)Thay Sđ=0,5 Sn ø; lđ= 0,75 ln ; điện trở suất của đồng và nhôm vào (3) ta được:

Rn= 0,11Rđ Hay Rn= 0,11 10=11

9. Cho mạch điện như hình vẽ (Hình 4)

Trong đó: R1=2 ; R2=3 ;R3=4 ; Rx là biến trở

ạKhi Rx= R3 tính điện trở tương đương của mạch điện

b cho HĐT 2 đầu đoạn mạch là 8V, điều chỉnh Rx cho đến khi ampe kế chỉ 2Ạ Lúc đó Rx

có giá trị bao nhiêụ

2

1

R R

R R

 3

3

R 2 R b Thay số ta được: Rtđ= 3,2

b Điện trở của đoạn mạch:R,

6 3 10 3 2

3 2

R R

 A R 4 R 3 B

Điện trở của đoạn AB R 5

2

1 4

1 6

1 12

1 1 1 1

1

5 4 123

R AB

=>RAB=2

Hiệu điện thế 2 đầu đoạn AB: UAB= Ị RAB=6.2=12V

Cường độ dòng điện qua điện trở R1 :I1= A

R

U AB

1 12

12 123





Vì đoạn CD mắc nối tiếp R1 nên ICD=I1

Hiệu điện thế 2 đầu đoạn CD :UCD= ICD.R23= 1.2=2V

Cường độ dòng điện qua R2 : I2= A

R

U CD

3

2 3

2 2

2 3

3 4

12 5 5

5







11*. Dòng điện qua một vòng dây dẫn tại hai điểm A và B ( H.6)

Sợi dây dẫn tạo nên một vòng dây là sợi dây kim loại đồng chất A B

tiết diện đều có chiều dài l xác định vị trí A và B để điện trở

của vòng dây nhỏ hơn điện trở của cuộn dây n lần

Giải:

Vì cuộn dây được chia làm hai phần có điện trở R1 và R2 mắc

song song Gọi l1, l2 lần lượt là chiều dài của dây dẫn có điện trở R1, R2

Ta có:

S

l l S

l R S

2 1

.

1

2

l l l n

l n l

n

l l l

Giải phương trình ta được 2 nghiệm:

1 ( 2 2

4 '

) 4 1

( 2 2

4

1

n l

n

n l l l n

n l

n

n l

- Nếu l1> l/2 thì nghiệm của l1 là nghiệm l1 ở trên còn nghiệm l2 là nghiệm l’1

- Nếu l1< l/2 thì nghiệm của l1 là nghiệm l’1 ở trên còn nghiệm l2 là nghiệm l1

+ Khi n=4: ta có l1=l2=l/2

12*. Có hai điện trở R1 và R2, nếu mắc nối tiếp thì điện trở tương đương của đoạn mạchgấp 6.25 lần khi mắc song song

a/ Tính tỉ số giữa hai điện trở

b/ Cho điện trở tương đương của đoạn mạch nối tiếp là 100 Tính giá trị mỗi điện trở

Giải:

H.8 H.8

a/ Điện trở tương đương của đoạn mạch nối tiếp: Rnt = R1+ R2

Điện trở tương đương của đoạn mạch song song: R//=

2 1

2

1

R R

R R



Theo đề ta có:

25,6225

,62

25.6

)(

25.625

,

6

1

2 2

1 2

1

2 2 2 1 1

2

2 1

2 1

2 1

2 1

2 1 //

R R

R

R R R

R

R R

R R R

R

R R

R R R

13. Để đo điện trở của đèn , một học sinh đã mắc mạch điện như hình 7

a/ hãy cho biết nhận xét của mình về mạch điện nàỵ

b/ Cho biết ampe kế chỉ 0,2A , vôn kế chỉ 5V

Ý nghĩa của các giá trị đó là gì?

Giải: A B V C

a/ HS đó đã mắc nhầm mạch điện

Đúng ra phải mắc vôn kế song song với đèn A

( giữa hai điểm A và B) còn ampe kế nối tiếp

với đèn ( giữa hai điểm B và C)

b/ Số chỉ của ampe kế cho biết cường độ dòng điện qua am pe kế chứ không phải cường

Trong sơ đồ (1) ta đo được cường độ dòng điện qua điện trở X là I

Trong sơ đồ (2) ta đo được cường độ dòng điện qua điện trở R là Í

Do hiệu điện thế 2 đầu đoạn mạch bằng nhau, nếu bỏ qua điện trở của ampe kế thì ta có:

IX = ÍR => X = Í.R/ I

+ Do vôn kế có điện trở rất lớn nên cường độ dòng điện qua nó không đáng kể Do đó ta

có thể coi như R và X mắc nối tiếp nhau, cường độ dòng điện qua chúng bằng nhaụ Ta có:

AB

BC AB

BC

U

R U X R

+ Làm thí nghiệm nhiều lần để tính giá trị trung bình

16. một dây dẫn đồng chất gồm 4 mẫu nối tiếp nhau, các mẫu này có chiều dài bằng nhau;nhưng tiết diện lần lượt là: 3mm2; 6mm2; 9mm2; 12mm2 Hiệu điện thế hai đầu dây dẫnbằng 120V Tìm hiệu điện thế hai đầu mỗi mẫu ( Hình 10)

12

2 6

12

4 3

12

3 3

4

4

3

2 2

4

4

2

1 1

U I

72 25

3 120 3





Hiệu điện thế hai đầu R1: U1 = R1.I = 57,6V

Hiệu điện thế hai đầu R2: U2 = R2.I =28,8V

Hiệu điện thế hai đầu R3: U3 = R3.I =19.2V

Hiệu điện thế hai đầu R4: U4 = R4.I =14,4V

17*. Một dây dẫn đồng chất tiết diện đều có điện trở R và có khối lượng m được cắt làmhai đoạn có khối lượng lần lượt là m1 và m2( với m1 = 4m2) Mắc hai đầu dây dẫn đó songsong với nhaụ Hãy tính điện trở tương đương của mạch theo R

l

l DSl

S l R

R

8 , 0 25 1

.

1 1 1 1

R R

R td 0 , 16

2 1

2 1

6 , 0

.1

MN

MC S

3 6 0 1

0

Hiệu điện thế giữa hai điểm AC: UAC = RAC I = 2.2 = 4V

19. Một bóng đèn có ghi 220V-100W Nếu mắc đèn vào nguồn điện có HĐT 110V thìcông suất của tiêu thụ của đèn là bao nhiêụ

Giải:

Điện trở của đèn: R= 484

100

2202 2

110 2 2

U R

U

nt

085 , 0 1936 3 , 645

220

2 1

Công suất của đèn 1: P1=R1I2= 645,3.(0,085)2=4,66W

Công suất của đèn 2: P2=R2.I2= 1936.(0,085)2=14W

Công suất của đoạn mạch:Pnt=P1+P2=4,66+14=18,66W

b.Khi mắc 2 đèn song song vào giữa 2 điểm có HĐT 220V

- Đèn 1 có công suất 75W ( Vì Utt=Uđm) ; Đèn 2 có công suất 25W ( vì Utt=Uđm)

Vậy đèn 1 sáng hơn đèn 2 Cả hai đèn đều sáng bình thường

Công suất tiêu thụ của đoạn mạch: P//=P1+P2= 75+25=100W

mắc 2 điện trở R1 và R2 Nếu mắc nối tiếp thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch là 144W;Nếu mắc song song thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch là 600W Tính điện trở R1 và R2

2 2

U R

U

 (1) Công suất tiêu thụ của đoạn mạch khi R1//R2

100.)(

)

//

2 1 2 2 1 2

1

2 1 2

2 1

2 1

2 //

R

R R U R R

R R

U R

U

( 2)

Giải hệ phương trình (1) và (2) ta được:

R1=60 ; R2= 40 Hoặc R1=40 ; R2= 60 

22.Cho mạch điện như hình 12 Trong đó:

UAB=9V, Rđ1= 10 Rx là biến trở, Ampe kế có điện trở rất nhỏ

ạ Khi Rx=2 Tính số chỉ của ampe kế và công suất tiêu thụ của đèn

9



 Công suất tiêu thụ của đèn Đ1: PĐ1=I2.Rđ1=(0,75)2.10=5,65W

b.Điện trở của đèn Đ2: Rđ2= A

P

U

dm d

dm d

5,03

62 2

2 2

dm d

5,06

3

2

2 2





Theo định luật ôm ta có: I,= 18

5 , 0

Trong đó: Đ1: 3V-6W

Đ2: 6V-3W R3 = 2 R1 R 2

Hai đèn sáng bình thường khi AB được A B

mắc vào nguồn có hiệu điện thế 15V

a/ Tính điện trở của mỗi bóng đèn và

cường độ dòng điện qua mỗi bóng

b/ Tính cường độ dòng điện qua R1, R2 và giá trị điện trở R1, R2

c/ Tính điện trở tương đương của toàn mạch

d/ Tính công suất tiêu thụ của toàn mạch

,16

2

2 2 2

dm

P

U R p

P I A

6

3 2

3

6

2

2 2 1

2

6 3

6 3

1

3

2

2 2 1

1 1

R

U R I

d/ Công suất tiêu thụ của toàn mạch: P = UI = 15.3 = 45W

24. Cho mạch điện như hình 14 A C

Trong đó: đèn có ghi 6V-12W;

Điện trở R0 = 5 và biến trở A R’ B Đ

UAC = 10V

Điện trở của dây nối và ampe kế rất nhỏ R 0

a/ Con chạy đang ở vị trí ứng với R’ = 2

Tính số chỉ của ampe kế , đèn sáng như thế nàỏ Công suất của đèn khi đó?

b/Muốn đèn sáng bình thường cần di chuyển con chạy về phía nàỏTínhR’lúc đó

c/ Khi đèn sáng bình thường tính hiệu suất của mạch

Giải:

Điện trở của bóng đèn:   3

12

62 2

2 5 '

' 0

0

R R

R R

R AB

Điện trở tương đương của toàn mạch: RAC = RAB + R1 = 1,43 + 3 = 4,43

Cường độ dòng điện định mức của đèn: A

U

P I

H.16

H.17

A R

10







Ta thấy IA> Iđm nên đèn sáng hơn định mức, cĩ thể bị hỏng

Cơng suất thực tế của đèn: P’ = R1.I2

A = 3 2,262 = 15,3Wb/ Muốn đèn sáng bình thường thì số chỉ của ampe kế là 2A

Điện trở của mạch AC lúc này là:    5 

2

10 'A

AC AC

I

U R

Điện trở của đoạn AB: RAB = RAC – R1 = 5-3 = 2

2 5 ''

0

0

AB

AB

R R

R R R

Phải dịch chuyển con chạy sao cho điện trở của biến trở tăng đến giá trị 3,33

c/ Cơng suất tiêu thụ của tồn mạch: P = UI = 10.2 = 20W

5

36

,020

12

2

2 1 1



I R

I R P

P HayH P

P H

AC AC

25. Cho một bĩng đèn xe đạp Đ1: 6V-3W, một bĩng đèn ơ tơ cĩ ghi Đ2: 6V-3A, mộtnguồn điện cĩ hiệu điện thế 6V, một khĩa điện, các dây dẫn Hãy lắp mạch điện thỏa mãncác yêu cầu sau:

a/ Khi đĩng khĩa điện thì một đèn sẽ sáng bình thường cịn đèn kia tắt hẳn, khi mở khĩađiện thì đèn đang tắt sáng lên, đèn đang sáng khơng cịn sáng nữạ

b/ Khi đĩng khĩa điện thì một đèn sẽ sáng bình thường, đèn kia tắt hẳn, khi mở khĩa điệnthì đèn đang sáng chỉ hơi kém sáng đi một chút, đèn kia vẫn khơng sáng

c/ Khi đĩng khĩa điện thì cả hai đèn cùng sáng bình thường, khi mở khĩa điện thì mộttrong hai đèn sẽ tắt đị

Giải:

a/ Sơ đồ mạch điện như hình 15

+ Khi đĩng khĩa K thì đèn Đ1 tắt vì bị nối tắt cịn đèn Đ2 sáng đúng mức

Đ 1 Đ 2+ Khi ngắt khĩa K thì đèn Đ1 nối tiếp

với đèn Đ2 K

Hiệu điện thế hai đầu đèn Đ1:

U1 = R1.I = .

2 1

1

R R

U R

)2.(

23

6)

1.(

123

6

2

2 2 2

U

R và K

Thay giá trị (1) và (2) vào (*) ta được: U 5 , 14V

2 12

6 12



 Hiệu điện thế hai đầu của đèn Đ2: K Đ 1

U2 = U- U1 = 6- 5,14 = 0,86V << 6V

Vậy đèn Đ2 gần như khơng sáng cịn đèn Đ1 thì sáng Đ 2

b/ Sơ đồ mạch điện như hình 16

+ Khi đĩng khĩa K thì đèn Đ2 tắt,cịn đèn Đ1 sáng đúng mức

+ Khi ngắt khĩa K thì đèn Đ1 nối tiếp với đèn Đ2 như đã trình bày ở câu a

c/ Sơ đồ mạch điện như hình 17

26. Người ta dùng một bếp điện 220V-1000W để đun 250g nước ở nhiệt độ 250C cho đếnkhi hĩa hơi hồn tồn ở nhiệt độ sơị Hiệu suất của bếp là 0,85 Cho biết nhiệt dung riêngcủa nước là c= 4200J/KgK; nhiệt hĩa hơi của nước là L = 2,3.106 J/Kg

a/ Tính thời gian cần thiết khi bếp điện sử dụng đúng hiệu điện thế định mức

b/ Khi hiệu điện thế sụt xuống 190V, thời gian cần thiết dùng để đun là bao nhiêủ

Nhiệt lượng do bếp tỏa ra trong thời gian t : Q’ = Pt

Nhiệt lượng có ích nườc thu vào: Qi = Q’H = PtH = 1000.0,85t= 850t

Theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, ta có:

Q = Qi  850t = 653750 => t = 769s

b/ Công suất bếp tỏa ra khi hiệu điện thế Ú = 190V

W U

P U P U

' ' '

'

2 2

2 2

Tương tự như câu a ta suy ra: t’= 1031s

27. Một dây dẫn được nhúng ngập trong 1 lít nước có nhiệt độ ban đầu 200C Hỏi sauthời gian bao lâu nước sôị Biết hiệu điện thế giữa hai đầu dây là 220V và cường độ dòngđiện qua dây là 5Ạ ( Bỏ qua mất mất nhiệt do tỏa ra môi trường xung quanh và do ấm thu)

a/ Nếu hai dây trên được mắc nối tiếp nhau thì sau bao lâu nước sôỉ

b/ Nếu hai dây trên được mắc song song thì sau bao lâu nước sôỉ

( Bỏ qua mất mát nhiệt trong các trường hợp trên lượng nước dùng để đun như nhau vàhiệu điện thế nguồn không thay đổi)

Nhiệt lượng bếp tỏa ra khi dùng điện trở R2: Q2 = . 2( 2 )

2

2

t R U

Theo đề , vì lượng nước không đổi và bỏ qua mất mát nhiệt Từ (1) và (2) ta có:

R

R t t R

R

t

t

15 4

6 10

1

2 1 2 2

a/ Khi dùng R1 nối tiếp R2:

Gọi Q3 là nhiệt lượng tỏa ra khi R1 nối tiếp R2, ta có : Q3 = .3( 3 )

2 1

2

t R R

t R

t

25 4

) 6 4 (

10 ) (

1

2 1 1 3 2 1

3 1

b/ Gọi Q4 là nhiệt lượng tỏa ra khi R1//R2, ta có: Q4 = . .4(4)

2 1

2 1

2

t R R

R R U



R R R

R R t t

R R

t R R R

t

6 ) 6 4 ( 4

6 4 10 ) (

.

).

(

2 1 1

2 1 1 4 2

1

4 2 1 1

U R

U R U R R

R R

U R

U

4 2

2 2

1 2

1 1

1 1 2

a/ Tính công suất của đoạn mạch trên

b/ Để công suất của đoạn mạch là 200W, người ta phải cắt bỏ một đoạn dây thứ hai rồimắc lại như cũ Tính điện trở của phần dây bị cắt bỏ

Giải:

a/ Công suất của đoạn mạch:

P = P1 + P2 = UI1 + UI2 = U( I1+I2) = 220V( 4A+2A) = 1320W

b/ Gọi P’2 là công suất của đoạn dây thứ hai còn lại

P’ là công suất của đoạn mạch sau khi cắt bỏ 1 đoạn dây thứ haị

Ta có: P’ = P1 + P’2 => P’2 = P’ – P1 = 2000 – 220.4 = 1120W

Điện trở của dây thứ hai còn lại mắc trong mạch:    43 , 21 

1120

220 '

'

2

2

2 2

P

U R

Điện trở Rb của phần dây thứ 2 bị cắt bỏ:Rb = R2 – R’2= 220/2 – 43,21 = 66,79 

31. Một đèn compact loại có công suất 15W được chế tạo có độ sáng bằng đèn ống loại40W thường dùng Một xí nghiệp sử dụng 300 bóng đèn Hỏi nếu sử dụng đèn ống nàytrung bình mỗi ngày 10 giờ thì trong 365 ngày sẽ giảm được bao nhiêu tiền điện khi sửdụng đèn compact loại 15W thay cho đèn 40W Cho rằng giá tiền điện là 2350 đồng/KWh

Tính cường độ dịng điện qua các D

điện trở, số chỉ ampe kế Cho ampe kế lý tưởng

60 20 30 10

30 10

.

4 2

4 2 3 1

3 1

R R

R R R R

R R

R

U I

AB

5 , 22

24







Hiệu điện thế hai đầu đoạn AC: UAC = RAC.I = 7,5.1,07 = 8V

Hiệu điện thế hai đầu đoạn CB: UCB = UAB – UAC = 24-8 = 16V

Cường độ dịng điện qua R1; R2; R3; R4:

A R

U I A

R

U

I

A R

U I A

R

U

I

CB CB

AC AC

27 , 0 60

16 8

, 0 20 16

27 , 0 30

8 8

, 0 10 8

4

4 2

2

3

3 1

và

Giả sử tại A là cực dương và dịng điện chạy từ A sang B Tại điểm C ta cĩ:

I1 = IA + I2 => IA = I1 – I2 = 0,8 – 0,8 =0Ạ

Như vậy số chỉ của ampe kế là 0Ạ

* Chú ý: Đối với những mạch điện cĩ dạng như trên người ta gọi là mạch cầu cân bằng.

Cách nhận biết mạch cầu cân bằng: theo hình vẽ trên, nếu

4

2 3

1

R

R R

R

 thì mạch cầu này làmạch cầu cân bằng Ở mạch cầu cân bằng thì hiệu điện thế giữa hai điểm C và D bằng 0nên khơng cĩ dịng điện chạy qua đoạn CD

33. Cho mạch điện như hình 19

Trong đĩ:r1=4; r2=6; Đ1: 6V-3W; A B

Đ2:3V-1,5W; RA=0; ampe kế chỉ 0,5ẠTính:

a/ Cường độ dịng điện qua r2 và r1 r1 r2 Đ 2

b/ HĐT hai đầu đèn Đ2; r2; r1 và tồn mạch C D

Đèn cĩ sáng bình thường khơng? Tại saỏ A Đ 1

312

3

2

2 2 2

U

R và

Hiệu điện thế hai đầu đoạn CD: UCD = R1.IA = 12.0,5 = 6V

Cường độ dịng điện qua r2 và đèn Đ2: I2 = A

R r

U CD

5 , 0 6 6

6 2 2